【成果】全球被子植物木本物种比例的时空格局

导读

近日，北京大学宏观生态学课题组在Global Ecology and Biogeography发表了题为“Spatio-temporal patterns in the woodiness of flowering plants”的研究论文，揭示了全球木本与草本被子植物物种数比例的地理格局和全球木本比例在时间上的变化。王志恒教授为文章的通讯作者，博士研究生罗奥是文章的第一作者。

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研究背景

现存植物中90%以上的物种为被子植物。其他植物类群多由单一生活型主导，如现存裸子植物全部为木本植物，而被子植物中同时存在大量的草本与木本植物。草木本生活型的多样性格局、演化历史及其对气候的响应均有不同。然而受限于有限的生活型数据和分布数数据，目前对被子植物草木本物种构成的时空间格局认识仍不全面。本文旨在揭示被子植物木本比例的全球时空格局，同时探究其驱动因素。

研究方法

该研究利用30余万种被子植物的生活型及地理分布数据绘制了全球被子植物木本比例的地理格局。此外，结合全球被子植物的生活型与系统发育树重建了现存物种的祖先生活型，并展示了新生代以来全球木本比例的变化。同时，我们也分别评估了被子植物木本比例的空间格局与当前气候的关系，以及时间格局与古气候之间的关系。

主要内容

我们发现全球约42.7%的被子植物是木本植物。在空间上，木本比例从赤道向两极逐渐减少，呈现出明显的纬度格局（图1a）。冬季低温是木本比例在空间上变化的主导因子，同时两者呈现出显著正相关关系（图1c）。在时间上，自新生代以木本比例约在古新世－始新世极热事件发生前后达到最高，其后整体呈下降的趋势（图1b）。木本比例在时间上的变化同样与温度呈现了显著的正相关关系（图1d）。

图1 全球被子植物木本比例的时空格局。（a）全球被子植物木本比例空间格局,（b）全球被子植物木本比例时间格局,（c,d）全球被子植物木本比例时空格局与温度的关系。

在演化历史上，草木本生活型之间频繁发生转化。草本植物向木本植物转变的相对比例在时间上呈上升趋势，而从木本向草本植物转化的相对比例下降。在中新世早期，由草本向木本转化的频率超过由木本向草本转化的频率（图2）。这种转变趋势的变化对全球木本比例在时间上的变化影响较小，但在空间上对干旱地区物种组成产生了重要影响（图3）。具体来说，温带干旱区，也就是中亚干旱区有较大比例的木本植物是在中新世以来才由草本植物转化而来，而这一时期也是中亚干旱区形成与扩张的重要时期。热带和亚热带旱地也有比较高比例的草本植物是在中新世以后由木本植物转化而来，但比例远不及草本转木本植物在温带干旱区的比例。

图2 新生代以来草木本生活型间的转化。（a）转化事件比例随时间的变化,（b）转化分支的比例随时间的变化,（c）现存物种在各时期发生转化获得当前生活型的比例。

图3新生代以来各时期发生生活型转化获得当前生活型的物种所占比例的空间格局。W、H分别指木本植物与草本植物，WtoH指在对应时期由木本转化而来的草本植物，HtoW指由草本转化而来的木本植物

我们的研究加深了对被子植物木本比例在时空间格局的认识。研究结果发现温度可能是被子植物木本比例时空变化的主导因素，并表明气候除了对物种数量本身的作用之外也可能对物种组成例如生活型组成方面起重要作用。此外，我们的研究还呼吁关注以往被忽视的干旱区物种的生活型转化。